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1、风光互补路灯应用设计实例与典型配置方案一、任务导入风光互补路灯的技术优势在于利用了太阳能和风能在时间上和地域上的互补性，使风 光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。风光互补路灯控制系统还可以根据用户的用电 负荷情况和当地资源进行系统容量的合理配置，既可保证系统供电的可靠性，又可降低路灯 系统的造价。风光互补路灯系统可依据使用地的环境资源做出最优化的系统设计方案来满足 用户的要求。因此，风光互补路灯系统可以说是最合理的独立电源的照明系统。这种合理性 既表现在资源配置上，又体现在技术方案和性能价格上，正是这种合理性保证了风光互补路 灯系统的可靠性。从而为它的应用奠定了坚实的基础。二、相关知识学习
2、情境1风光互补路灯（一）风光互补路灯的技术特点风光互补路灯主要为夜间照明使用，采用两种工作模式：纯光控模式和光控+定时模 式。两种模式的设定和控制是通过路灯控制器的拨码来实现的，并且风光互补路灯控制系统 对风力发电机、太阳能电池组件和蓄电池提供多种保护，使系统可以更可靠的稳定工作。风光互补路灯使用方便，实现无人值守，免解缆；低风速启动，合理吸收风能和光能， 大风切出保护系统使整个系统更加安全可靠，大大减少太阳能电池组件的配比，降低了灯具 的设计成本，可以收到良好的社会效益和经济效益。小功率风力发电机组的风力机体积小、质量小而且发电效率高。风力发电机独特的电磁 设计技术使其具有低的启动阻力矩。按
3、照风能公式，风中可用能量是风速的 3 次方。这表示 风速提高1 倍时，风能将提高8 倍。一般风力发电机组的效率通常是线性的，因此无法利用 风力的 3 次方效益。发电机只在沿能量曲线上的 1点或 2点有效率。通过改进风力机组的效 率曲线，使其符合风中可用能量的分布，使它沿整个曲线都有效率。（二）风光互补路灯的构成风光互补路灯具备了风能和太阳能产品的双重优点，没有风能的时候可以通过太阳能 电池组件来发电并储存在蓄电池中，有风能没有光能的时候可以通过风力发电机来发电并储 存在蓄电池中。风光都具备时，可以同时发电。在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚 上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电
4、的单一性，使供电系统更具稳定性和 可靠性。风光互补路灯开关无须人工操作，由智能时控器自动感应天空亮度进行控制。风光互补路灯的结构图如图3-53所示。风光互补路灯由风力发动机、太阳能电池板（含 支架）、控制器、蓄电池、光源和灯杆组成。如果光源的额定电压为交流220V或110V，则 需配置逆变器。AC/OCIsfiI内勒巴!LED/LVMT.讯力城毘耒擬光禅发毗體烧常电施底庄AC/DCja充晒控钊曙图3 -53 风光互补路灯的结构图1）风力发电机应用于风光互补路灯系统的风力发电机组的功 率通常为300 500W。如图3-54所示是风光发电机 风光发电机风力发电机是将风能（动能）转换为电 能，采用拉
5、推磁路技术和全永磁悬浮技术的风力发 电机，大大降低风力发电机的启动阻力，风速为2.5 m/s时即可启动，国内外较高水平的风机启动风速为 3.54m/s ；采用新型轴承技术，降低发电机运行中 的各种机械损耗和电磁损耗，使相同风速下的发电 功率提高近20%,尤其是低风速时的发电量提高明 显；降低发电机的各种损耗后，使用寿命也大为延 长；风力发电机外壳选用高强度铝合金，经精密压 铸工艺制造，质量小、强度咼、不生锈、耐腐蚀。图3-54 风光发电机 发电机采用高效永磁体及优化磁路设计，选用高导磁、耐高温材料，定子组件又经真空 浸漆工艺处理，使绝缘性能及使用寿命大为提高。风力机风轮经优化设计，效能极高，采
6、用 先进的高分子复合材料，具有良好的强度及韧性，质量小，不变形。其抗拉强度、使用寿命 及一致性远非木质叶片、玻璃纤维及塑料时片可比。风轮叶片翼形经优化设计，风能利用率 高，运行噪声小。叶轮经动平衡测试，确保运行时安静平稳；整机采用防锈处理，所有发电 机外部紧固件均为不锈钢制品，使在多雨及盐雾地区使用寿命大为改观。2）太阳能电池板应用于风光互补路灯系统的太阳能电池组件的功率通常为60150W，太阳能电池板是 太阳能发电系统中的核心部分，也是风光互补路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳能转 换为电能，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池组件采用高透光率低铁钢化玻璃，透
7、光率大于91.3%,背面采用白色TPT或 PET衬底；太阳能电池片采用优质单/多晶硅电池片，单晶硅电池片的平均转化效率达16% 以上；太阳能电池采用的减少太阳能光反射的反射膜为增强等离子化学气相沉积的氧化硅 膜，呈深蓝色。太阳能电池组件边框由阳极氧化优质铝合金边框制成，表面氧化铝膜的厚度 为25um。太阳能电池组件由抗老化和耐气候性好的优质材料热压密封而成，在-5050C 的温度环境下不老化、不开裂，并采用优质材料作为接线盒外壳和内绝缘材料，采用镀锌铜 质电极材料作为接线柱，具有很好的密封性、防水性、防盐雾和防潮性；支架采用热镀锌处 理的优质钢结构，集轻盈、牢固、方便于一体。3) 控制器 风光
8、互补路灯控制器采用了微处理器技术，通过对蓄电池电压、环境温度、风力发电机 和太阳能板输出的电压等参数的检测判断，控制各项功能动作的开通和关断，实现各种控制 和保护功能。风光互补控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保 护、过放电保护作用。在温差较大的地方，控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能 有光控开关、时控开关等功能。智能型风光互补路灯控制系统可根据道路车流，智能调整光 源输出功率，既满足使用又节能降耗；可依据风能和太阳能强弱智能调节并最大化发电、存 储电能。风光互补路灯控制器应具有的功能如下。(1) 高效率的功率跟踪控制方式及多路反馈控制。(2) 具有外控功能，自
9、动控制路灯光源的接通或断开。(3) 风能、太阳能发电可单独分别输入或互补组合输入；根据风力、太阳能发电特点， 控制系统采用多反馈闭环控制，如恒功率控制、恒流、恒压控制等，最大限度提高发电效率。(4) 智能型风光互补路灯控制器采用自适应功率控制技术，在低风速时进行升压，使风 机在较低转速时即可对蓄电池充电；高风速时限制输出功率，以免损坏蓄电池。(5) 智能型风光互补路灯控制器具有稳压、稳流精度高、纹波小、效率高、输入电压范 围宽等特点。(6) 对蓄电池充电采用严格按限流恒压方式，确保蓄电池既可以充满，又不会损坏，并 保持恒压浮充，随时补充蓄电池自身漏电损失。具有夜间防反充电保护、延时动作、浮充、
10、 温度补偿、光控输出。 过充保护：当充电电压高于保护电压时，自动关断对蓄电池的充电；此后当电压降至 维持电压时，蓄电池进入浮充状态，当低于恢复电压后浮充关闭，进入均充状态。过充保护 恢复点电压和浮充电压均有温度补偿。 过放电保护：当蓄电池电压低于保护电压时，控制器自动关闭输出以保护蓄电池不受 损坏。 过压保护：当电压过高时，自动关闭输出，保护电器不受损坏。过充、过放、过压保 护均延时动作，可有效防止误动作。 蓄电池开路保护：万一蓄电池开路，若在正常充电时，路灯控制器将限制负载两端电 压，以保证负载不被损伤，若在不充电时，路灯控制器由于自身得不到电力，不会有任何动 作。 反接保护：路灯及控制器与
11、风光互补发电系统输出的“+”、“一”极性接反，纠正 后系统自动恢复继续正常工作。采用专用芯片对LED进行恒功率、启动控制，具有过流、过电压保护，光源开路、短 路保护，防频闪双频工作模式，灯温补偿功能。(7) 智能型风光互补路灯控制器可智能判断天黑与天明，自动控制亮灯和熄灯，亮灯持续时间可设为固定时间或根据蓄电池电量情况自动调整。4)蓄电池 风光互补路灯一般采用阀控密封式铅酸蓄电池，如图3-55所示是阀控密封式铅酸蓄电 池，一般有12V和24V两种，在小型系统中，也可用镍氢蓄电池、镍镉蓄电池或锂蓄电池。 其作用是在有光照、有风时将太阳能电池、风力发电机所发出的电能储存起来，到需要的时 候再释放出
12、来。图 3-55 阀控密封式铅酸蓄电池采用性价比较高的胶体阀控密封式铅酸蓄电池，可选用地埋安裴方式，使蓄电池寿命大 大延长。胶体阀控密封式铅酸蓄电池具有以下特点：(1) 胶体阀控密封式铅酸蓄电池自放电率低。在25C室温下，静置28天，自放电率小 于1.8 %。(2) 胶体阀控密封式铅酸蓄电池的使用温度范围宽，可在-4060C的温度范围内使用。(3) 胶体阀控密封式铅酸蓄电池采用独特的合金配方和铅膏配方，在低温下仍有优良的 放电性能，在高温下具有强耐腐蚀性能。(4) 密封性能好。能保证蓄电池在使用寿命期间的安全性及密封性，无污染。蓄电池为 密封结构，能将产生的气体再化合成水，在使用的过程中无须补
13、水、无须维护。(5) 导电性好。蓄电池采用紫铜镀银端子，导电性优良，可使蓄电池大流量放电。(6) 充电接受能力强。可快速充电，容量恢复省时省电，可靠性高。(7) 胶体阀控密封式铅酸蓄电池具有安全可靠的防爆排气系统，可使蓄电池在非正常使用时，消除由于压力过大造成电池外壳鼓胀的现象。5) 逆变器若光源为AC 220V、AC 110V的交流电源，由于风光互 补发电系统的直流输出电压一般为DC 12V、DC 24V、DC 48V。 为能向AC 220V的光源提供电能，需要将风光互补发电系 统发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使月DC/AC 逆变器(如图3-56所示)。图3-56 DC/AC逆变器。
14、6）光源， 风光互补路灯采用何种光源是风光互补灯具是否能正常使用的重要指标，一般风光互补 灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED灯。而采用LED光源，节能环保，比节能灯 还节电1/5,寿命长，可达500000h,工作电压低，不需要逆变器，光效较高，并可降低风 光互补路灯的成本。7）灯杆风光互补路灯的灯杆高度一般为412m，采用优质钢板制造，热镀锌处理，部分灯杆为 了美观表面采用优质聚酯粉喷涂。风光互补LED路灯的基本配置如表3-19所示。表3-3风光互补LED路灯的基本配置部件型号及规格数量备注风力发电机Ef0.3/24v1台300W,额定风速12m/s太阳能电池板45WP2块蓄电池15
15、0Ah/12V2只阀控密封式铅酸蓄电池集成芯片LED灯具SOX55WBY22D1套风光互补路灯控制器ST24101只自立式路灯灯标成套1套高度、造型可选电源箱1个放置蓄电池及控制器（三）风光互补路灯工作原理通常风光互补路灯的风力发电机采用五叶片风轮，实现低风速启动，动态不平衡量相 互抵消，运转更加平稳可靠，有效解决了大风、不稳定风速和风向带来的安全隐患。使叶片 尖速比降低，以减少叶片受力，保证风机叶片的运行平稳，减小振动和噪声。当风速小于风力发电机启动风速时，风力机不能转动。风速达到启动风速后，风力机开 始转动，带动发电机发电。输出电能供给负载及给蓄电池充电。当蓄电池组端电压达到设定 的最高值时，由电压检测得到信号电压，通过控制电路进行开关切换，使系统进入稳压闭环 控制，既保持对蓄电池充电，又不致使蓄电池过充。在风速超过截止风速时，风力机通过机 械限速机构使风力机在一定转速下限速运行或停止运行，以保证风力机不致损坏。风光互补路灯的风力发电机通过优化设计尾舵和回转体之间的空间角度倾斜，精确计算 尾舵的尺寸，合理设计尾舵的质量及分布，优化外形设计。在风力较小时，依靠尾舵重力控 制风力机叶片迎风方向，达到低风速启动的目的，并且控制风力发电机轴心和灯杆回转体轴 心侧偏，在风力超过额定风速时，通过空间角度侧偏尾舵的适当调整，使叶片迎
